Sumber Tegangan AC & DC

A. Sumber Tegangan AC (Bolak-Balik)

Sumber arus listrik AC kependekan dari Alternating Current, dikenal dengan arus bolak-balik karena merupakan sumber arus yang dihasilkan oleh generator dan PLN. Arus AC ini dikatakan bolak-balik karena arus yang mengalir tidak tetap yaitu dari positif ke negatif dan dari negatif ke positif. Arus listrik AC akan membentuk suatu gelombang yang dinamakan dengan gelombang sinus atau lebih lengkapnya sinusoida. Di Indonesia sendiri listrik bolak-balik (AC) dipelihara dan berada dibawah naungan PLN, Indonesia menerapkan listrik bolak-balik dengan frekuensi 50Hz. Tegangan standar yang diterapkan di Indonesia untuk listrik bolak-balik 1 (satu) fasa adalah 220 volt. Tegangan dan frekuensi ini terdapat pada rumah anda, kecuali jika anda tidak berlangganan listrik PLN. Sumber arus listrik bolak-balik atau AC, meliputi :

1.  Generator

 

yaitu alat yang terbuat dari magnet dan kumparan kawat, apabila salah satunya bergerak akan menghasilkan listrik. Untuk menggerakannya dapat menggunakan turbin yang digerakkan oleh air atau angin.

      Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu:

1. Bagian yang diam (stator).

2. Bagian yang bergerak (rotor).

·         Bagian yang diam (Stator)

Bagian yang diam (stator) terdiri dari beberapa bagian, yaitu:

1. Inti stator.

Bentuk dari inti stator ini berupa cincin laminasi-laminasi yang diikat serapat mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya.

2. Belitan stator.

Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di dalam slot-slot dan ujung-ujung kumparan. Masing-masing slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi.

3. Alur stator.

Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan.

4. Rumah stator.

Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip sebagai alat bantu dalam proses pendinginan.

·         Bagian yang bergerak (Rotor)

Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian umum, yaitu:

1. Inti kutub

2. Kumparan medan

Pada bagian inti kutub terdapat poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Pada kumparan medan ini juga terdapat dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai jalur untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini harus benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya akan suhu yang tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang besar.

Konstruksi rotor untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif tinggi biasanya menggunakan konstruksi rotor dengan kutub silindris atau ”cylinderica poles” dan jumlah kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6). Konstruksi ini dirancang tahan terhadap gaya-gaya yang lebih besar akibat putaran yang tinggi.

      Prinsip Kerja Generator

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

Besar tegangan generator bergantung pada :

1. Kecepatan putaran (N)

2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)

3. Konstruksi Generator

2.  Dinamo

 

Dinamo sepeda merupakan generator atau pembangkit listrik yang sederhana. Saat ini kita jarang menemukan sepeda yang menggunakan dynamo. Dahulu ketika penggunaan sepeda motor dan mobil belum sebanyak sekarang, sepeda masih menjadi sarana tranportasi yang cukup dominan, baik siang maupun malam hari. Dinamo dipakai untuk menyalakan lampu sepeda pada malam hari.

      Bagian Utama dan Prinsip Kerja Dinamo

Dinamo sepeda pada dasarnya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap. Jika roda sepeda di putar dan menyinggung kepala dinamo yang dihubungkan pada sebuah magnet, sehingga putaran roda juga akan memutar magnet. Biasanya dinamo sepeda mampu menghasilkan tegangan sebesar 6 -12 Volt.

 

Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Bila magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi dalam kumparan. Bila sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang dalam kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. Lampu tadi akan dilewati arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang bila perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).

B. Sumber Tegangan DC (Searah)

 

Arus listrik DC (Direct current) merupakan arus listrik searah. Pada awalnya aliran arus pada listrik DC dikatakan mengalir dari ujung positif menuju ujung negatif. Semakin kesini pengamatan-pengamatan yang dilakukan oleh para ahli menunjukkan bahwa pada arus searah merupakan arus yang alirannya dari negatif (elektron) menuju kutub positif. Aliran-aliran ini menyebabkan timbulnya lubang-lubang bermuatan positif yang terlihat mengalir dari positif ke negatif. Contoh sumber arus ini, yaitu baterai, aki, elemen volta, dan dinamo searah.

1. Baterai

            Baterai (Elemen Kering) adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Baterai berfungsi untuk mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai terdiri atas dua elektroda dan masing-masing elektroda memiliki bahan kimia yang berbeda. Kedua elektroda inilah yang menjadi kutub positif dan kutub negatif baterai.  Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: batang karbon sebagai anode (kutub positif baterai).

      Bagian Utama Baterai

 

1. Batang karbon (C) sebagai kutub positif

2. Pasta amonium klorida (NH4Cl) sebagai elektrolit.

3. Mangan dioksida (Mn02) sebagai depolarisator.

4. Seng (Zn) sebagai kutub negative.

      Prinsip Kerja Baterai

Baterai merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia saat pengisian dan mengubah  energi kimia menjadi energi listrik saat digunakan. Baterai memiliki dua kutub yaitu kutub pertama yang bertanda positif (+) dan kutub kedua yang bertanda negatif (-).

Di dalam baterai ada beberapa sel listrik, dan sel listrik tersebut menjadi tempat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Elektroda-elektroda yang tersimpan di dalam baterai ada yang negatif ada pula yang positif. Elektroda negatif disebut katoda, yang memiliki fungsi sebagai pemberi elektron. Sedangkan elektroda positif, disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron.

Ada aliran arus listrik yang mengalir dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif.

Di dalam baterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron. Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutun negatif ke lutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebutr sedang berlangsung.

Dan inilah alasan mengapa baterai bisa bertahan selama satu tahun dan masih memiliki sedikit power, selama tidak terjadi reaksi kimia atau selama kita tidak menghubungkannya dengan kabel atau sejenis Load lain. Seketika kita menghubungkannya dengan kabel maka reaksi kimia pun dimulai.

2. Aki

Akumulator (aki) termasuk elemen sekunder, yaitu elemen yang reaksi kimianya dapat dibalik. Pada proses pengisian aki, kutub positif aki dipasangkan pada kutub negatif sumber tegangan arus searah dan kutub negatif aki dipasangkan pada kutub positif sumber tegangan arus searah. Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor. Pada umumnya di Indonesia, kata akumulator (sebagai aki atau accu) hanya dimengerti sebagai "baterai" mobil.Reaksi kimia yang terjadi pada saat mengisi aki berkebalikan dengan reaksi kimia pada saat aki digunakan. Hal ini berbeda dengan baterai yang reaksi kimianya tidak dapat dibalik.

      Bagian Utama Aki

1.Rangka, berfungsi sebagai rumah akumulator.

2. Kepala kutub positif, berfungsi sebagai terminal kutub positif.

3. Penghubung sel, berfungsi untuk menghubungkan sel - sel.

4. Tutup Ventilasi, berfungsi menutup lubang sel.

5. Penutup, berfung si untuk menutup bagian atas akumulator.

6. Plat - plat, berfungsi sebagai bidang pereaktor.

7. Plat negatif, terbuat dari Pb, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.

8. Plat positif, terbuat dari PbO2, berfungsi sebagai bahan aktif Akumulator

9. Ruang sedimen, berfungsi untuk menampung kotoran.

10. Plastik pemisah, berfungsi untuk memisahkan plat positif dan negatif.

11. Sel-sel

      Prinsip Kerja Aki

Apabila Akumulator (accu/aki) saat digunakan maka akan terjadi proses pengosongan pada Akumulator (accu/aki) tersebut. Proses pengosongan ini akan terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Setelah lama digunakan maka Akumulator (accu/aki) akan kosong sehingga perlu di lakukan proses pengisian pada Akumulator (accu/aki). Proses pengisian ini dapat dilakukan dengan cara memberikan tegangan DC yang lebih besar dari tegangan Akumulator ( accu/aki) itu sendiri, dimana terminal positif dari accu dihubungkan dengan sumber DC positif dan terminal degatif accu di hubungkan keterminal negatif dari sumber DC. Pada proses pengisian Akumuator ini terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.

3. Elemen Volta

 

Elemen Volta yaitu sejenis baterai kuno yang diciptakan oleh ilmuwan Italia Allesandro Volta.     Elemen Volta terdiri dari tumpukan batang seng, kain yang direndam dalam larutan asam, dan batang tembaga secara bergantian. Elemen Volta mempunyai kelemahan, yaitu hanya dapat bekerja dalam waktu yang pendek sehingga tidak cocok untuk kehidupan sehari-hari.

      Bagian Utama Elemen Volta

1. Plat tembaga (Cu) sebagai anoda atau kutub positif

2. Plat seng (Zn) sebagai katoda atau kutub negatif

3. H2S04 encer sebagai larutan elektrolit ( larutan yang dapat menghantarkan listrik )

      Prinsip Kerja Elemen Volta

Jika elektroda seng dan tembaga dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat, terjadilah reaksi kimia yang menyebabkan lempeng tembaga bermuatan listrik positif dan lempeng seng bermuatan listrik negatif. Hal ini menunjukkan bahwa lempeng tembaga memiliki beda potensial yang lebih tinggi daripada lempeng seng. Elektron akan mengalir dari keping elektroda seng ke keping elektroda tembaga. Jika kutub elemen volta ini dirangkaikan dengan lampu, arus listrik akan mengalir dari elektroda tembaga ke elektroda seng dan lampu akan menyala.Beda potensial yang dihasilkan oleh elemen volta tidak bertahan lama dan lampu akan padam. Hal ini disebabkan oleh gelembung gas hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi kimia larutan asam sulfat, akan melekat pada keping tembaga sehingga menghambat aliran elektron. Prinsip elemen volta ini digunakan sebagai dasar dan acuan untuk membuat baterai dan aki yang dapat bekerja dalam waktu yang lebih lama.